FR2787037A1 - METHOD AND DEVICE FOR REMOVING NITROGEN OXIDES FROM AN EXHAUST LINE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
- La présente invention concerne un dispositif d'élimination des oxydes d'azote dans une ligne d'échappement de moteur (1) à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre, comprenant un moyen (3) pour piéger les oxydes d'azote, un moyen pour régénérer lesdits oxydes d'azote lorsque le moyen de piégeage est saturé, un moyen (2) de traitement des hydrocarbures disposé en amont du moyen (3) de piégeage des oxydes d'azote, un moyen (4) d'injection d'hydrocarbures placé en amont du moyen (2) de traitement des hydrocarbures, un moyen (7) de mesure de la richesse des gaz.- Conformément à l'invention, le moyen (2) de traitement des hydrocarbures est un catalyseur d'oxydation partielle (ou ménagée) des hydrocarbures qui coopère avec ledit moyen (3) pour piéger les oxydes d'azote et qui permet d'obtenir à sa sortie des gaz ayant une faible concentration en oxygène (O2 ) et de fortes concentrations en monoxyde de carbone (CO) ainsi qu'en hydrogène (H2 ).- En outre on prévoit un moyen destiné à enregistrer et à traiter les données issues des différents capteurs et/ou mémorisées de sorte que l'on réalise une régénération efficace du piège à NOx (3) sans perturber le fonctionnement du moteur.- The present invention relates to a device for removing nitrogen oxides in an exhaust line of an internal combustion engine (1) operating in lean mixture, comprising a means (3) for trapping the nitrogen oxides, a means in order to regenerate said nitrogen oxides when the trapping means is saturated, a means (2) for treating hydrocarbons arranged upstream of the means (3) for trapping nitrogen oxides, a means (4) for injecting nitrogen oxides hydrocarbons placed upstream of the means (2) for treating the hydrocarbons, a means (7) for measuring the richness of the gases - According to the invention, the means (2) for treating the hydrocarbons is a partial oxidation catalyst (or spared) of the hydrocarbons which cooperates with said means (3) to trap nitrogen oxides and which makes it possible to obtain at its outlet gases having a low concentration of oxygen (O2) and high concentrations of carbon monoxide ( CO) as well as in hydrogen (H2) .- In addition, a means is provided for in recording and processing the data coming from the various sensors and / or stored so that an efficient regeneration of the NOx trap (3) is carried out without disturbing the operation of the engine.
Description
i 2787037 La présente invention concerne le domaine du traitement des gazThe present invention relates to the field of gas treatment.
émis à l'échappement de moteurs à allumage commandé en mélange emitted from a mixture ignition engine
pauvre et de moteurs diesel.poor and diesel engines.
De tels moteurs émettent en effet un certain nombre de polluants qu'il est nécessaire d'éliminer et ce d'autant plus efficacement que les normes se Such engines indeed emit a certain number of pollutants which it is necessary to eliminate and this all the more effectively as standards are
sévérisent notamment dans les pays industrialisés. are prevalent especially in industrialized countries.
Parmi les polluants les plus nombreux et les plus gênants pour Among the most numerous pollutants and the most troublesome for
l'environnement, on peut citer les oxydes d'azote. the environment, there may be mentioned nitrogen oxides.
Il est connu d'éliminer ce type de polluants en faisant passer les gaz d'échappement à travers des catalyseurs (dits DéNOx) destinés à convertir les oxydes d'azote. Ceci nécessite une post injection de réducteurs tels que des hydrocarbures par exemple. Les catalyseurs connus étant actifs sur une plage de température donnée, on peut être amené à disposer, dans le pot It is known to eliminate this type of pollutant by passing the exhaust gases through catalysts (called DeNOx) intended to convert nitrogen oxides. This requires post injection of reducers such as hydrocarbons for example. Since the known catalysts are active over a given temperature range, it may be necessary to place, in the pot
catalytique, plusieurs catalyseurs ayant des formulations différentes c'est-à- catalytic, several catalysts having different formulations,
dire des plages d'activité différentes. On agrandit ainsi le domaine d'action say different activity ranges. This enlarges the field of action
des éléments catalytiques.catalytic elements.
A titre illustratif, les formulations utilisées pour les basses températures sont de type Platine/Alumine ou Platine/Zéolithe. Les températures pour lesquelles ces catalyseurs sont les plus actifs sont de By way of illustration, the formulations used for low temperatures are of the Platinum / Alumina or Platinum / Zeolite type. The temperatures for which these catalysts are most active are
C à 250 C. C to 250 C.
Les catalyseurs dits "Hautes températures" sont actifs en général entre 300 C et 500 C. Ce sont par exemple des catalyseurs de type Cuivre/Zéolithe. Cependant, dans ce contexte, un problème se pose lorsque les gaz d'échappement ne sont pas, au niveau du ou des catalyseurs, dans une The so-called "high temperature" catalysts are generally active between 300 ° C. and 500 ° C. They are, for example, copper / zeolite type catalysts. However, in this context, a problem arises when the exhaust gases are not, at the level of the catalyst or catalysts, in a
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plage de température pour laquelle la conversion des oxydes d'azote est suffisante. L'efficacité globale de tels systèmes de post traitement reste cependant limitée. A titre d'exemple un catalyseur Platine/Alumine avec une post injection de gazole présente couramment une efficacité sur les oxydes temperature range for which the conversion of nitrogen oxides is sufficient. However, the overall effectiveness of such post-treatment systems remains limited. For example, a Platinum / Alumina catalyst with a post-injection of diesel commonly has an efficiency on oxides
d'azote inférieure à 50 %.less than 50% nitrogen.
Il existe par ailleurs des catalyseurs sur lesquels les oxydes d'azote viennent s'adsorber sous différentes formes. A titre d'exemple les NOx peuvent être stockés sous forme de nitrates ou s'insérer dans une structure oxyde. Ces catalyseurs sont couramment appelés "pièges à NOx" Le piège à NOx de type "nitrate" est un catalyseur qui permet de stocker à sa surface, en milieu oxydant, des oxydes d'azote. Généralement il est composé d'un métal précieux déposé sur ou à proximité d'une masse basique qui est généralement un oxyde ou un mélange d'oxydes d'alcalins, d'alcalino terreux ou de terres rares. En mélange pauvre (excès d'oxygène), le NO (NOx=NO+NO2) qui se trouve majoritairement dans les gaz d'échappement est oxydé par le métal précieux pour former du N02. Ce NO2 migre à la surface du catalyseur pour s'adsorber ensuite sur l'oxyde et former un nitrate. Ces nitrates sont stables en milieu oxydant sur une très large plage de température. Pour désorber ces nitrates de la surface du catalyseur, il faut monter à haute température en milieu oxydant ou bien There are also catalysts on which the nitrogen oxides are adsorbed in different forms. For example, the NOx can be stored in the form of nitrates or be inserted into an oxide structure. These catalysts are commonly called "NOx traps". The NOx trap of the "nitrate" type is a catalyst which makes it possible to store nitrogen oxides on its surface, in an oxidizing medium. Generally it is composed of a precious metal deposited on or near a basic mass which is generally an oxide or a mixture of oxides of alkali, alkaline earth or rare earth. In a lean mixture (excess of oxygen), NO (NOx = NO + NO2) which is mainly found in the exhaust gases is oxidized by the precious metal to form NO2. This NO2 migrates to the surface of the catalyst to then adsorb on the oxide and form a nitrate. These nitrates are stable in an oxidizing medium over a very wide temperature range. To desorb these nitrates from the surface of the catalyst, it is necessary to rise to high temperature in an oxidizing medium or else
réaliser un mélange réducteur.make a reducing mixture.
La régénération uniquement thermique du piège à NOx ne permettant pas de traiter les oxydes d'azote réémis à l'échappement, un second catalyseur (type DéNOx continue par exemple) est alors nécessaire pour les réduire. Since the only thermal regeneration of the NOx trap does not make it possible to treat the nitrogen oxides reemitted at the exhaust, a second catalyst (of the continuous DeNOx type for example) is then necessary to reduce them.
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La demande de brevet EP-A1-0 540 280 décrit une régénération thermique de ce type, avec un piège à NOx, muni d'un système de Patent application EP-A1-0 540 280 describes a thermal regeneration of this type, with a NOx trap, fitted with a
réchauffage des gaz, suivi d'un catalyseur de réduction des oxydes d'azote. gas heating, followed by a nitrogen oxide reduction catalyst.
Les deux catalyseurs sont montés en dérivation de la ligne d'échappement principale. Selon ce document, un système de vanne permet de diminuer, lors des phases de déstockage du piège, la VVH (rapport entre le débit de gaz et le volume du catalyseur qui traduit le temps de contact des gaz avec le catalyseur). Ainsi le taux de conversion des NOx sur le catalyseur de réduction des oxydes d'azote est amélioré. Néanmoins, avec cette configuration, la partie du flux gazeux passant par le conduit principal ne The two catalysts are mounted in diversion from the main exhaust line. According to this document, a valve system makes it possible to reduce, during the destocking phases of the trap, the VVH (ratio between the gas flow rate and the volume of the catalyst which translates the time of contact of the gases with the catalyst). Thus, the NOx conversion rate on the nitrogen oxide reduction catalyst is improved. However, with this configuration, the part of the gas flow passing through the main duct does not
traverse pas le catalyseur de réduction des NOx. pass through the NOx reduction catalyst.
Une régénération par la richesse permet de réduire les NOx désorbés par une catalyse de type trois voies en déposant sur le catalyseur un métal A regeneration by richness makes it possible to reduce the NOx desorbed by a three-way type catalysis by depositing on the catalyst a metal
noble adéquat (rhodium par exemple). noble noble (rhodium for example).
Avec un moteur essence fonctionnant en mélange pauvre, la transition de pauvre à riche est compatible avec son mode de fonctionnement par contre avec un moteur Diesel, obtenir une richesse With a petrol engine operating in a lean mixture, the transition from poor to rich is compatible with its operating mode, on the other hand with a Diesel engine, obtaining a richness
supérieure à 1 est plus difficile à mettre en oeuvre. greater than 1 is more difficult to implement.
Une mise en oeuvre connue consiste à injecter des hydrocarbures dans la ligne d'échappement en amont du catalyseur, lorsque les nitrates doivent être désorbés du piège à NOx. Le brevet US 5 201 802 illustre un mode de réalisation de ce type. Cependant, bien que cette méthode permette d'obtenir des richesses momentanément supérieures à 1, le mélange gazeux obtenu contient de l'oxygène en concentration important ce A known implementation consists in injecting hydrocarbons into the exhaust line upstream of the catalyst, when the nitrates have to be desorbed from the NOx trap. US Patent 5,201,802 illustrates an embodiment of this type. However, although this method makes it possible to obtain riches momentarily greater than 1, the gaseous mixture obtained contains oxygen in a significant concentration,
qui est pénalisant pour la régénération. which is detrimental to regeneration.
Un autre procédé connu consiste à réinjecter des gaz brûlés à l'admission, ceci à des taux très élevés et à injecter des hydrocarbures à Another known method consists in re-injecting burnt gases at the intake, this at very high rates and in injecting hydrocarbons with
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l'échappement: le document EP-A1-0 829 623 divulgue un procédé de ce type. Cette dernière stratégie présente l'inconvénient de perturber le exhaust: document EP-A1-0 829 623 discloses a process of this type. The latter strategy has the disadvantage of disrupting the
fonctionnement du moteur et de rendre le contrôle moteur plus complexe. engine operation and make engine control more complex.
La présente invention comprend une régénération d'un piège à NOx, basée essentiellement sur la variation de la richesse des gaz The present invention includes a regeneration of a NOx trap, based essentially on the variation of the richness of the gases.
d'échappement; et qui ne perturbe pas le fonctionnement du moteur. exhaust; and which does not disturb the operation of the engine.
La régénération d'un piège à NOx comprend ici à la fois le déstockage The regeneration of a NOx trap here includes both destocking
des NOx et leur réduction, la réduction étant assuré par le piège à NOx. NOx and their reduction, the reduction being ensured by the NOx trap.
Il s'agit, plus précisément, de permettre la régénération du piège à NOx en diminuant la concentration en oxygène et en augmentant les concentrations en monoxyde de carbone CO et en hydrogène H2 dans les gaz d'échappement en amont du piège à NOx. CO et H2 étant par définition More specifically, it is to allow the regeneration of the NOx trap by decreasing the oxygen concentration and by increasing the concentrations of carbon monoxide CO and hydrogen H2 in the exhaust gases upstream of the NOx trap. CO and H2 being by definition
de bons réducteurs étant issus de l'oxydation partielle d'hydrocarbures post- good reducing agents resulting from the partial oxidation of post-
injectés. Le monoxyde de carbone agit à la fois sur le déstockage et sur la réduction. Ainsi la présente invention a pour objet un dispositif d'élimination des oxydes d'azote dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre, comprenant un moyen pour piéger les oxydes d'azote, un moyen pour régénérer lesdits oxydes d'azote lorsque le moyen de piégeage est saturé, un moyen de traitement des hydrocarbures disposé en amont du moyen de piégeage des oxydes d'azote, un moyen d'injection d'hydrocarbures placé en amont du moyen de injected. Carbon monoxide acts both on destocking and on reduction. Thus the subject of the present invention is a device for eliminating nitrogen oxides in an exhaust line of an internal combustion engine operating in a lean mixture, comprising a means for trapping nitrogen oxides, a means for regenerating said oxides nitrogen when the trapping means is saturated, a hydrocarbon treatment means arranged upstream of the nitrogen oxide trapping means, a hydrocarbon injection means placed upstream of the
traitement des hydrocarbures, un moyen de mesure de la richesse des gaz. treatment of hydrocarbons, a means of measuring the richness of gases.
Conformément à l'invention, le moyen de traitement des hydrocarbures est un catalyseur d'oxydation partielle (ou ménagée) des In accordance with the invention, the means for treating hydrocarbons is a catalyst for partial (or controlled) oxidation of
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hydrocarbures qui coopère avec ledit moyen pour piéger les oxydes d'azote qui permet d'obtenir à sa sortie des gaz ayant une faible concentration en oxygène (02) et de fortes concentrations en monoxyde de carbone (CO) ainsi qu'en hydrogène (H2); le dispositif selon l'invention comprend en outre un moyen destiné à enregistrer et à traiter les données issues des différents capteurs et/ou mémorisées de sorte que l'on réalise une régénération hydrocarbons which cooperate with said means for trapping nitrogen oxides which makes it possible to obtain at its outlet gases having a low oxygen concentration (02) and high concentrations of carbon monoxide (CO) as well as hydrogen (H2 ); the device according to the invention further comprises means for recording and processing the data from the various sensors and / or memorized so that regeneration is carried out
efficace du piège à NOx sans perturber le fonctionnement du moteur. efficient NOx trap without disturbing engine operation.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'injection d'hydrocarbures, le moyen de traitement des hydrocarbures et le moyen de piégeage de NOx sont disposés dans cet ordre et en série relativement au According to one embodiment of the invention, the hydrocarbon injection means, the hydrocarbon treatment means and the NOx trapping means are arranged in this order and in series relative to the
sens de circulation des gaz dans la ligne d'échappement. direction of gas flow in the exhaust line.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le moyen d'injection d'hydrocarbures, le moyen de traitement des hydrocarbures et le moyen de piégeage des NOx sont disposés dans la ligne principale According to a particular embodiment of the invention, the means for injecting hydrocarbons, the means for processing hydrocarbons and the means for trapping NOx are arranged in the main line.
d'échappement elle-même.exhaust itself.
Conformément à une autre possibilité, le moyen d'injection d'hydrocarbures, le moyen de traitement des hydrocarbures et le moyen de piégeage des NOx sont disposés dans une dérivation de la ligne principale d'échappement, le dispositif selon l'invention comprenant alors un moyen According to another possibility, the means for injecting hydrocarbons, the means for processing hydrocarbons and the means for trapping NOx are arranged in a bypass of the main exhaust line, the device according to the invention then comprising a way
pour moduler le débit des gaz entre ladite dérivation et la ligne principale. to modulate the gas flow between said branch and the main line.
Sans sortir du cadre de l'invention, un moyen d'injection d'hydrocarbures, un moyen de traitement des hydrocarbures et un moyen de piégeage des oxydes d'azote peuvent être ainsi disposés à la fois dans la dérivation et dans la ligne principale, avec un moyen pour moduler le débit Without departing from the scope of the invention, a means for injecting hydrocarbons, a means for processing hydrocarbons and a means for trapping nitrogen oxides can thus be arranged both in the bypass and in the main line, with means for modulating the flow
des gaz entre ladite dérivation et la ligne principale. gases between said branch and the main line.
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En outre, le dispositif selon l'invention peut comprendre au moins un capteur de température qui peut être disposé en amont dudit moyen de In addition, the device according to the invention can comprise at least one temperature sensor which can be arranged upstream of said means of
traitement des hydrocarbures.treatment of hydrocarbons.
Par ailleurs, le dispositif selon l'invention peut comprendre un moyen de mesure de la quantité de NOx piégés dans le moyen de piégeage, Furthermore, the device according to the invention may comprise a means for measuring the quantity of NOx trapped in the trapping means,
disposé en aval de ce dernier.arranged downstream of the latter.
En outre, un deuxième capteur de température peut être placé dans In addition, a second temperature sensor can be placed in
la ligne d'échappement, en aval du moyen de traitement des hydrocarbures. the exhaust line, downstream of the hydrocarbon processing means.
De façon particulière, le moyen de mesure de la richesse des gaz In particular, the means of measuring the richness of the gases
d'échappement peut être disposé en aval du moyen de piégeage des NOx. exhaust can be arranged downstream of the NOx trapping means.
Sans sortir du cadre de l'invention, le moyen de mesure de la richesse des gaz d'échappement peut être disposé entre le moyen de traitement des Without departing from the scope of the invention, the means for measuring the richness of the exhaust gases can be disposed between the means for processing
hydrocarbures et le moyen de piégeage des NOx. hydrocarbons and the NOx trapping means.
Par ailleurs, la ligne d'échappement peut comprendre un moyen de préchauffage des gaz placé en amont du moyen de traitement des hydrocarbures. La présente invention vise en outre un procédé d'élimination des oxydes d'azote dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre, caractérisé en ce qu'il consiste à - piéger les NOx dans un moyen approprié; - injecter des hydrocarbures dans la ligne d'échappement en fonction de différents paramètres de fonctionnement du moteur et de l'état de saturation d'un moyen de piégeage des NOx; - oxyder partiellement les hydrocarbures dans un moyen spécifique; Furthermore, the exhaust line may include a means for preheating the gases placed upstream of the means for processing hydrocarbons. The present invention further relates to a process for removing nitrogen oxides in an exhaust line of an internal combustion engine operating in a lean mixture, characterized in that it consists in - trapping NOx in an appropriate means ; - injecting hydrocarbons into the exhaust line according to different engine operating parameters and the saturation state of a NOx trapping means; - partially oxidize the hydrocarbons in a specific way;
- régénérer ledit moyen de piégeage des NOx. - regenerate said NOx trapping means.
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Selon un aspect de l'invention, on surveille la quantité de NOx stockée According to one aspect of the invention, the quantity of NOx stored is monitored
dans le moyen de piégeage des NOx.in the NOx trapping means.
Conformément à un autre aspect de l'invention, on surveille la température des gaz en amont et/ou en aval du moyen de traitement des hydrocarbures. Par ailleurs, on surveille la richesse des gaz en amont et/ou en aval In accordance with another aspect of the invention, the temperature of the gases upstream and / or downstream of the hydrocarbon processing means is monitored. In addition, the richness of the gases upstream and / or downstream is monitored.
du moyen de piégeage des NOx.NOx trapping means.
De façon avantageuse, I'on injecte lesdits hydrocarbures additionnels lorsque le moyen de piégeage des NOx est saturé, la température (T1) des gaz d'échappement est supérieure à une valeur de seuil (TR) pour laquelle le moyen de traitement des hydrocarbures est actif, de façon à ce que la richesse (X) des gaz d'échappement soit supérieure ou égale à une richesse Advantageously, said additional hydrocarbons are injected when the NOx trapping means are saturated, the temperature (T1) of the exhaust gases is above a threshold value (TR) for which the hydrocarbon treatment means is active, so that the richness (X) of the exhaust gases is greater than or equal to a richness
donnée (XR) qui déclenche la régénération du moyen de piégeage. data (XR) which triggers the regeneration of the trapping means.
Plus précisément, on injecte lesdits hydrocarbures pendant une durée More precisely, said hydrocarbons are injected for a period
(dR) inférieure à une durée mémorisée, prédéterminée (dRMAX). (dR) less than a stored, predetermined duration (dRMAX).
Selon un aspect avantageux de l'invention, I'on module le débit des According to an advantageous aspect of the invention, the flow rate of the
gaz d'échappement entre une voie principale et une dérivation de ladite voie. exhaust gas between a main track and a bypass of said track.
Ainsi, I'on réchauffe en outre les gaz d'échappement avant leur Thus, the exhaust gases are further heated before they are
oxydation partielle dans ladite dérivation. partial oxidation in said derivation.
De façon particulière, l'on arrête la régénération en fonction de l'information donnée par un capteur tel qu'une sonde de richesse, placé en In particular, the regeneration is stopped as a function of the information given by a sensor such as a richness probe, placed in
aval du moyen de piégeage des NOx.downstream of the NOx trapping means.
D'autres avantages, caractéristiques, détails de l'invention Other advantages, characteristics, details of the invention
apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre will appear better on reading the description which follows, made as
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illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 est un schéma d'une ligne d'échappement selon un mode de réalisation de l'invention; - La figure 2 est un schéma de l'organisation des données nécessaires au procédé selon l'invention; - La figure 3 est un organigramme relatif à un procédé de régénération d'un piège à NOx selon le premier mode de réalisation de l'invention; - La figure 4 est un schéma d'une ligne d'échappement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - La figure 5 est une illustration de l'organisation des données selon le deuxième mode de réalisation de l'invention; et - La figure 6 est un organigramme relatif au procédé de régénération d'un illustrative and in no way limitative with reference to the appended drawings in which: - Figure 1 is a diagram of an exhaust line according to an embodiment of the invention; - Figure 2 is a diagram of the organization of the data necessary for the method according to the invention; - Figure 3 is a flowchart relating to a method of regenerating a NOx trap according to the first embodiment of the invention; - Figure 4 is a diagram of an exhaust line according to a second embodiment of the invention; - Figure 5 is an illustration of the organization of data according to the second embodiment of the invention; and - Figure 6 is a flowchart relating to the regeneration process of a
piège à NOx selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. NOx trap according to the second embodiment of the invention.
Selon le mode de réalisation de l'invention illustré par la figure 1, la ligne d'échappement du moteur 1 comprend essentiellement: un premier catalyseur 2 dénommé ci-après catalyseur d'oxydation ménagée qui permet de réaliser une oxydation partielle des hydrocarbures en monoxyde de According to the embodiment of the invention illustrated by FIG. 1, the exhaust line of the engine 1 essentially comprises: a first catalyst 2 hereinafter called mild oxidation catalyst which makes it possible to carry out a partial oxidation of the hydrocarbons to monoxide of
carbone (CO) et en hydrogène (H2).carbon (CO) and hydrogen (H2).
Un deuxième catalyseur 3 est placé dans la ligne principale d'échappement en aval du premier catalyseur 2 relativement au sens de propagation des gaz dans la ligne d'échappement. Ce deuxième catalyseur 3 est un "piège à NOx" dont le mode de régénération (déstockage et A second catalyst 3 is placed in the main exhaust line downstream of the first catalyst 2 relative to the direction of propagation of the gases in the exhaust line. This second catalyst 3 is a "NOx trap" whose regeneration mode (destocking and
réduction) se fait par la richesse. reduction) is done by wealth.
9 27870379 2787037
Par ailleurs un moyen 4 d'injection d'hydrocarbures est prévu pour une post-injection; le moyen 4 est disposé en amont des deux catalyseurs 2, 3. Cette post-injection peut être assurée par le système d'injection du moteur si cela est possible: un système d'injection de type common-rail, bien connu des spécialistes, peut ainsi assurer une telle post- injection à l'échappement. Un système d'injection spécifique, annexe à l'injection dans Furthermore, a means 4 for injecting hydrocarbons is provided for post-injection; the means 4 is arranged upstream of the two catalysts 2, 3. This post-injection can be provided by the engine injection system if possible: a common-rail type injection system, well known to specialists, can thus ensure such post-injection to the exhaust. A specific injection system, annexed to the injection in
le moteur lui-même, peut aussi être prévu sans sortir du cadre de l'invention. the engine itself can also be provided without departing from the scope of the invention.
En outre, au moins un capteur de température peut être nécessaire à In addition, at least one temperature sensor may be required to
la mise en ceuvre de l'invention.the implementation of the invention.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, deux capteurs de température 5, 6 sont prévus: l'un 5 situé en amont du catalyseur d'oxydation ménagée 2; le deuxième capteur de température 6 est placé In the embodiment of Figure 1, two temperature sensors 5, 6 are provided: one 5 located upstream of the controlled oxidation catalyst 2; the second temperature sensor 6 is placed
entre le catalyseur 2 et le piège à NOx 3. between catalyst 2 and the NOx trap 3.
Le capteur 5 permet de savoir si la température des gaz est suffisante pour oxyder les hydrocarbures injectés dans la phase de régénération du The sensor 5 makes it possible to know whether the temperature of the gases is sufficient to oxidize the hydrocarbons injected in the regeneration phase of the
piège à NOx 3.NOx trap 3.
Le capteur de température 6 donne la température à laquelle sont stockés les NOx en mélange pauvre et permet, lors de la régénération, de connaître la variation de temperature due à la post-injection The temperature sensor 6 gives the temperature at which the NOx is stored in lean mixture and allows, during regeneration, to know the temperature variation due to post-injection.
d'hydrocarbures.of hydrocarbons.
En aval du piège à NOx 3, peut être implanté un capteur de NOx 8 destiné à évaluer la quantité de NOx stockée, à un instant donné, dans le Downstream of the NOx trap 3, a NOx sensor 8 can be installed, intended to evaluate the quantity of NOx stored, at a given time, in the
piège à NOx 3.NOx trap 3.
27870372787037
Enfin une sonde de richesse 7 peut être placée entre le premier et le deuxième catalyseur; cette sonde de richesse 7 peut préférentiellement être Finally, a richness probe 7 can be placed between the first and the second catalyst; this wealth sensor 7 can preferably be
disposée en aval du piège à NOx 3. located downstream of the NOx trap 3.
Le fonctionnement d'une ligne d'échappement telle qu'elle vient d'être décrite structurellement est globalement le suivant: Lorsque le moteur fonctionne en mélange pauvre, le catalyseur ou piège à NOx 3 stocke tout ou partie des NOx émis par le moteur 1. La fraction de NOx stockée sur le catalyseur à l'instant t dépend à la fois de l'état de saturation dans lequel se trouve le piège à NOx 3 (c'est-à-dire ce qu'il a pu stocker jusqu'à l'instant t) et des conditions de température, de débit, de concentration en NOx, de- richesse des gaz d'échappement. La quantité de NOx stockée sur le catalyseur peut être estimée, soit à partir de données issues des cartographies du moteur, et d'un modèle mathématique ou éventuellement à l'aide du capteur de NOx 8 placé en aval du piège à NOx 3. Lorsque la quantité de NOx stockée sur le catalyseur 3 atteint une valeur seuil S, la procédure de régénération est activée. On détermine en fonction des paramètres issus des cartographies du moteur comme la richesse et le débit des gaz d'échappement, la quantité d'hydrocarbures qui doit être post injectée afin d'obtenir momentanément une richesse supérieure à 1 dans la ligne d'échappement. On peut utiliser à cet effet la sonde de richesse proportionnelle 7 placée par exemple en aval du catalyseur d'oxydation ménagée 2 afin de boucler sur la consigne de post injection. Par ailleurs le capteur de température 5 placé en amont du premier catalyseur 2 indique si la température des gaz qui arrivent sur le catalyseur The operation of an exhaust line as it has just been described structurally is generally as follows: When the engine operates in a lean mixture, the catalyst or NOx trap 3 stores all or part of the NOx emitted by the engine 1 The fraction of NOx stored on the catalyst at time t depends both on the state of saturation in which the NOx 3 trap is located (ie what it has been able to store up to at time t) and conditions of temperature, flow rate, NOx concentration, exhaust gas richness. The amount of NOx stored on the catalyst can be estimated, either from data from the engine maps, and from a mathematical model or possibly using the NOx sensor 8 placed downstream of the NOx trap 3. When the quantity of NOx stored on the catalyst 3 reaches a threshold value S, the regeneration procedure is activated. The quantity of hydrocarbons which must be post injected in order to temporarily obtain a richness greater than 1 in the exhaust line is determined as a function of the parameters derived from the maps of the engine such as the richness and the flow rate of the exhaust gases. One can use for this purpose the proportional richness probe 7 placed for example downstream of the controlled oxidation catalyst 2 in order to loop on the post injection instruction. Furthermore, the temperature sensor 5 placed upstream of the first catalyst 2 indicates whether the temperature of the gases arriving on the catalyst
d'oxydation ménagée 2 est suffisante et donc s'il faut activer la post injection. controlled oxidation 2 is sufficient and therefore whether to activate post injection.
- Le catalyseur d'oxydation ménagée 2 consomme alors l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement pour former notamment du monoxyde de il 2787037 carbone (CO) et de l'hydrogène (H2), deux éléments qui favorisent la - The controlled oxidation catalyst 2 then consumes the oxygen contained in the exhaust gases to form in particular carbon monoxide 2787037 carbon (CO) and hydrogen (H2), two elements which promote the
régénération du piège à NOx 3.regeneration of the NOx trap 3.
La figure 2 est un résumé des paramètres utilisés selon l'invention. FIG. 2 is a summary of the parameters used according to the invention.
On voit que le moteur 1 fournit deux types de données: le régime-moteur (N) et la position de l'accélérateur (o). A partir de ces données une cartographie C mémorisée par exemple dans une unité de contrôle électronique permet de déterminer d'autres paramètres tels que la richesse R en sortie moteur, le taux de NOx en sortie moteur et le débit à l'échappement. D'autres données, mesurées par le ou les capteurs de température 5, 6 ou le capteur de NOx 8, permettent, en phase de stockage des NOx de déterminer la quantité de NOx stockée (Q NOX) à un instant donné (t = n) si We see that the engine 1 provides two types of data: the engine speed (N) and the position of the accelerator (o). From this data, a map C stored for example in an electronic control unit makes it possible to determine other parameters such as the richness R at the engine output, the NOx rate at the engine output and the exhaust flow rate. Other data, measured by the temperature sensor (s) 5, 6 or the NOx sensor 8, make it possible, during the NOx storage phase, to determine the quantity of NOx stored (Q NOX) at a given instant (t = n ) if
elles sont associées aux premières données. they are associated with the first data.
Un modèle mathématique est utilisé à la place ou additionnellement au capteur de NOx 8, pour déterminer la concentration des NOx dans les gaz. Si un capteur 8 est utilisé additionnellement au modèle mathématique, il est alors possible d'ajuster en permanence les paramètres du modèle afin de suivre le comportement réel des catalyseurs dans la ligne d'échappement; ainsi on peut par exemple prendre en compte le A mathematical model is used instead of or in addition to the NOx sensor 8, to determine the concentration of NOx in the gases. If a sensor 8 is used additionally to the mathematical model, it is then possible to permanently adjust the parameters of the model in order to follow the real behavior of the catalysts in the exhaust line; so we can for example take into account the
vieillissement des catalyseurs.catalyst aging.
En phase de régénération, la cartographie C fournit les mêmes données qu'en phase de stockage qui, associées aux mesures de température et de richesse, permettent de déterminer le débit In the regeneration phase, mapping C provides the same data as in the storage phase which, combined with temperature and richness measurements, make it possible to determine the flow
d'hydrocarbures à injecter à l'échappement. of hydrocarbons to be injected into the exhaust.
12;278703712; 2787037
La figure 3 est un organigramme des différentes étapes conduisant ou FIG. 3 is a flow diagram of the different steps leading or
non à la régénération du piège à NOx 3. no to the regeneration of the NOx trap 3.
Il apparaît que l'on surveille en permanence la quantité de NOx (Q NOx) stockée dans le piège à NOx; si cette valeur atteint un certain seuil S mémorisé dans une unité de contrôle électronique, alors on vérifie la température T1 des gaz en amont du premier catalyseur 2; si cette température est supérieure à un seuil TR qui correspond à la température minimum pour laquelle le premier catalyseur 2 est actif alors on s'intéresse à It appears that the quantity of NOx (Q NOx) stored in the NOx trap is constantly monitored; if this value reaches a certain threshold S stored in an electronic control unit, then the temperature T1 of the gases upstream of the first catalyst 2 is checked; if this temperature is higher than a threshold TR which corresponds to the minimum temperature for which the first catalyst 2 is active then we are interested in
la richesse X des gaz en aval du premier catalyseur 2. the richness X of the gases downstream of the first catalyst 2.
La quantité d'hydrocarbures post-injectée est liée à la différence entre la richesse R des gaz en sortie moteur et la richesse-seuil AR nécessaire à The quantity of post-injected hydrocarbons is linked to the difference between the richness R of the gases at the engine outlet and the threshold richness AR necessary for
la régénération.regeneration.
En fin de régénération, on arrête l'injection d'hydrocarbures puis on At the end of regeneration, the injection of hydrocarbons is stopped and then
recommence le processus de stockage des NOx. starts the NOx storage process again.
La figure 4 concerne un deuxième mode de réalisation de l'invention qui diffère du premier par le fait que le moyen d'injection 4, les catalyseurs 2, 3 ainsi que les différents capteurs de température 5, 6, de richesse 7 ou de NOx 8 sont disposés non pas dans la ligne principale d'échappement 10 mais dans une dérivation 9. Une vanne ou tout autre moyen destiné à moduler le débit principal des gaz d'échappement issus du moteur 1, est FIG. 4 relates to a second embodiment of the invention which differs from the first in that the injection means 4, the catalysts 2, 3 as well as the various temperature sensors 5, 6, richness 7 or NOx 8 are arranged not in the main exhaust line 10 but in a bypass 9. A valve or any other means intended to modulate the main flow of the exhaust gases from the engine 1 is
disposé à la source du by-pass 9.arranged at the source of the bypass 9.
Cette configuration permet, par rapport à la première, de limiter le This configuration allows, compared to the first, to limit the
débit des gaz qui traverse les catalyseurs lors de la régénération du piège. gas flow through the catalysts during regeneration of the trap.
On diminue ainsi la quantité d'hydrocarbures à post injecter pour passer à The quantity of hydrocarbons to be post-injected is thus reduced to go to
richesse supérieure à 1.wealth greater than 1.
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Pendant la phase de stockage des NOx sur le piège à NOx, la totalité des gaz d'échappement passe par le conduit comportant les catalyseurs. La During the NOx storage phase on the NOx trap, all of the exhaust gases pass through the conduit containing the catalysts. The
post injection d'hydrocarbure n'est pas activée. post injection of hydrocarbon is not activated.
L'estimation de la quantité de NOx stockée sur le catalyseur est identique à ce qui a été décrit ci-dessus. Lorsque la phase de régénération The estimation of the quantity of NOx stored on the catalyst is identical to what has been described above. When the regeneration phase
est activée, une partie des gaz est by passée grâce au moyen de vannage. is activated, part of the gas is bypassed by means of the valve.
On limite ainsi le débit qui traverse les catalyseurs ce qui permet de diminuer This limits the flow through the catalysts which reduces
la VVH (Vitesse Volumique Horaire = Débit de gaz/Volume du catalyseur). the VVH (Hourly Volume Speed = Gas flow / Catalyst volume).
La quantité d'hydrocarbures post injectée est fonction de la richesse des gaz d'échappement (fournie par les cartographies moteur) et de la fraction de débit bypassée. La fraction de débit X dans la dérivation 9 est fonction du The quantity of post-injected hydrocarbons is a function of the richness of the exhaust gases (provided by the engine maps) and the fraction of flow bypassed. The fraction of flow X in branch 9 is a function of
débit total des gaz et de la position de la vanne 11 en tête de la dérivation 9. total gas flow and valve position 11 at the head of branch 9.
Comme précédemment, on peut utiliser une sonde de richesse proportionnelle placée en aval du catalyseur d'oxydation ménagée ou du As before, it is possible to use a proportional richness probe placed downstream of the controlled oxidation catalyst or of the
piège à NOx 3 afin de boucler sur la quantité d'hydrocarbures post injectée. NOx 3 trap in order to complete the quantity of post-injected hydrocarbons.
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, la ligne d'échappement peut comprendre en outre un moyen 12 de chauffage des gaz d'échappement, disposé selon la figure 4 dans la dérivation 9, juste en According to yet another embodiment of the invention, the exhaust line may further comprise a means 12 for heating the exhaust gases, arranged according to FIG. 4 in the branch 9, just in
amont du catalyseur d'oxydation ménagée 2. upstream of the controlled oxidation catalyst 2.
Le principe de fonctionnement de ce mode de réalisation de The operating principle of this embodiment of
l'invention est globalement le même que celui qui vient d'être décrit. the invention is generally the same as that which has just been described.
Les avantages du troisième mode de réalisation de l'invention peut être résumé de la façon suivante: Comme il a été dit précédemment, la post injection d'hydrocarbures et donc la régénération du piège à NOx 3 est assujettie au niveau de température des gaz qui traversent les catalyseurs 2 et 3. Ainsi, si ce niveau est insuffisant, la régénération du piège 3 ne peut être activée au détriment The advantages of the third embodiment of the invention can be summarized as follows: As has been said previously, the post injection of hydrocarbons and therefore the regeneration of the NOx trap 3 is subject to the temperature level of the gases which pass through catalysts 2 and 3. Thus, if this level is insufficient, the regeneration of trap 3 cannot be activated to the detriment
14 278703714 2787037
de l'efficacité globale du système. Il peut donc être intéressant d'adjoindre au système précédent, le dispositif 12 permettant de réchauffer les gaz afin d'élever le niveau de température lors des régénérations lorsque celui-ci est trop faible. Les capteurs de température 5, 6 placés respectivement en amont et en aval du catalyseur d'oxydation ménagée 2 permettent de gérer le système de réchauffage des gaz. L'intérêt du by pass 9 est alors double: diminuer la quantité d'hydrocarbures à post injecter pour passer à richesse supérieure à 1 et limiter l'énergie à dépenser pour réchauffer la fraction des the overall efficiency of the system. It may therefore be advantageous to add to the previous system, the device 12 making it possible to heat the gases in order to raise the temperature level during the regenerations when the latter is too low. The temperature sensors 5, 6 placed respectively upstream and downstream of the controlled oxidation catalyst 2 make it possible to manage the gas heating system. The advantage of bypass 9 is therefore twofold: reducing the quantity of hydrocarbons to be injected to increase the wealth to more than 1 and limiting the energy to be spent to heat up the fraction of
gaz qui traverse le catalyseur 2.gas passing through the catalyst 2.
D'une façon générale, I'intérêt de l'invention est de consommer, lors de la régénération du piège à NOx, I'oxygène contenue dans les gaz d'échappement par les hydrocarbures post injectés sur le catalyseur d'oxydation ménagée 2, et de former du monoxyde de carbone CO et de l'hydrogène H2 en amont du piège à NOx 3. On obtient ainsi, lors d'une post injection d'hydrocarbures, un mélange en amont du piège à NOx qui est à richesse supérieure à 1, pauvre en oxygène et riche en CO et H2 ce qui est favorable à la fois à la désorption des nitrates et à la réduction sur le moyen (3) des NOx désorbés. Une amélioration notable de la phase de In general, the advantage of the invention is to consume, during the regeneration of the NOx trap, the oxygen contained in the exhaust gases by the post-injected hydrocarbons on the controlled oxidation catalyst 2, and to form carbon monoxide CO and hydrogen H2 upstream of the NOx trap 3. In this way, during a post injection of hydrocarbons, a mixture is obtained upstream of the NOx trap which has a richness greater than 1, poor in oxygen and rich in CO and H2 which is favorable both to the desorption of the nitrates and to the reduction on the means (3) of the desorbed NOx. A notable improvement in the
régénération du piège NOx 3 est ainsi obtenue. regeneration of the NOx 3 trap is thus obtained.
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